代理模式（Proxy）

1.1.1 摘要今天是父親節(jié)，首先祝爸爸父親節(jié)快樂身體健康，隨著互聯(lián)網(wǎng)飛速的發(fā)展，現(xiàn)在許多軟件系統(tǒng)都提供跨網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的應(yīng)用，但在跨網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，作為系統(tǒng)開發(fā)者并不希望客戶直接訪問系統(tǒng)中的對(duì)象。...

1.1.1 摘要

今天是父親節(jié)，首先祝爸爸父親節(jié)快樂身體健康，隨著互聯(lián)網(wǎng)飛速的發(fā)展，現(xiàn)在許多軟件系統(tǒng)都提供跨網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的應(yīng)用，但在跨網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，作為系統(tǒng)開發(fā)者并不希望客戶直接訪問系統(tǒng)中的對(duì)象。其中原因很多考慮到系統(tǒng)安全和性能因素，這時(shí)候聰明的開發(fā)者想到了在客戶端和系統(tǒng)端添加一層中間層----代理層，也是即將要介紹的代理模式。

定義

代理模式（Proxy）為另一個(gè)對(duì)象提供一個(gè)替身或占位符以控制對(duì)這個(gè)對(duì)象的訪問，簡(jiǎn)而言之就是用一個(gè)對(duì)象來代表另一個(gè)對(duì)象。

意圖

提供其他對(duì)象一個(gè)代理或占位符，來控制該對(duì)象的訪問權(quán)限。

動(dòng)機(jī)

為什么我們要控制對(duì)象的訪問權(quán)限呢？其中一個(gè)原因是通過控制來延遲對(duì)象的創(chuàng)建和實(shí)例化，直到真正需要使用該對(duì)象才進(jìn)行創(chuàng)建和實(shí)例化。由于一些對(duì)象創(chuàng)建和實(shí)例化需要占用大量系統(tǒng)資源，但我們并不能確定用戶一定會(huì)調(diào)用該對(duì)象，所以通過延遲對(duì)象實(shí)例化來減緩系統(tǒng)資源的消耗。例如文檔編輯器如word，我們可以在里面插入鏈接、圖片等，但是并不是我們每次打開word時(shí)都有創(chuàng)建和實(shí)例化這些對(duì)象，特別是實(shí)例化圖片對(duì)象很消耗資源，而且我們有必要實(shí)例化所有圖片嗎？當(dāng)我們?cè)诓榭磜ord時(shí)，只是看到其中的一部分，所以沒有必要實(shí)例化所以資源，當(dāng)我們看下一頁時(shí)再實(shí)例化也不遲。

結(jié)構(gòu)圖

圖1代理模式結(jié)構(gòu)圖

1.1.2 正文

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以提供本地或遠(yuǎn)程的方法，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展特別是WebService技術(shù)的提出，使得更多軟件系統(tǒng)都提供遠(yuǎn)程方法調(diào)用。當(dāng)我們?cè)L問網(wǎng)絡(luò)上一臺(tái)計(jì)算機(jī)的資源時(shí)，我們正在跨越網(wǎng)絡(luò)障礙，跨越網(wǎng)絡(luò)障礙有時(shí)候是非常復(fù)雜，因?yàn)橐_保數(shù)據(jù)安全可靠地傳輸。如果真的要我們都去解決那些復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)問題，那么我估計(jì)程序員們瘋了。還好代理模式（Proxy）幫我們解決了其中的一些問題----WebService技術(shù)。

現(xiàn)在讓我們通過一個(gè)簡(jiǎn)單的加減乘除程序?yàn)槔f明什么是代理模式（Proxy）和如何實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)在我們服務(wù)器端提供計(jì)算方法，分別定義計(jì)算類Math和代理類MathProxy。然后我們的客戶端通過調(diào)研MathProxy來間接用Math類的計(jì)算方法。

/// <summary>
/// Define a interface, make proxy and subject
/// have the same methods.
/// </summary>
public interface IMath
{
    /// <summary>
    /// Calc methods.
    /// </summary>
    /// <param name="x"></param>
    /// <param name="y"></param>
    /// <returns></returns>
    double Add(double x, double y);
    double Sub(double x, double y);
    double Mul(double x, double y);
    double Div(double x, double y);
}


/// <summary>
/// A proxy class.
/// </summary>
public class MathProxy : IMath
{
    /// <summary>
    /// MathProxy has a Math's reference.
    /// </summary>
    private Math _math;

    public MathProxy()
    {
        AppDomain ad =
            AppDomain.CreateDomain("MathDomain", null, null);

        /// Create a Math object.
        ObjectHandle obj = ad.CreateInstance(
            "Gof.DesignPattern.Proxy.Math",
            "Gof.DesignPattern.Proxy.Math.Math");

        this._math = obj.Unwrap() as Math;
    }

    #region IMath 成員

    public double Add(double x, double y)
    {
        return _math.Add(x, y);
    }

    public double Sub(double x, double y)
    {
        return _math.Sub(x, y);
    }

    public double Mul(double x, double y)
    {
        return _math.Mul(x, y);
    }

    public double Div(double x, double y)
    {
        return _math.Div(x, y);
    }

    #endregion

}

/// <summary>
/// Due to Math inherits MarshalByRefObject
/// so the class supports remoting.
/// </summary>
public class Math : MarshalByRefObject, IMath
{
    #region IMath 成員

    public double Add(double x, double y)
    {
        return x + y;
    }

    public double Sub(double x, double y)
    {
        return x - y;
    }

    public double Mul(double x, double y)
    {
        return x * y;
    }

    public double Div(double x, double y)
    {
        if (y == 0)
        {
            return 0;
        }
        
        return x / y;
    }

    #endregion
}


public class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        
        // Create math proxy.
        MathProxy prox = new MathProxy();

        //
        Console.WriteLine(prox.Add(2, 6));
        Console.WriteLine(prox.Sub(88, 2));
        Console.WriteLine(prox.Mul(22, 55));
        Console.WriteLine(prox.Div(5, 0));

        Console.ReadKey();
    }

}

圖2網(wǎng)絡(luò)中代理模式

現(xiàn)在我們實(shí)現(xiàn)了Math類的代理模式，使得客戶端通過MathProxy代理類來調(diào)用Math提供的Add()、Sub()、Mul() 和Div() 方法。

但細(xì)心的你肯定發(fā)現(xiàn)問題了，我的程序根本沒有提供夸網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)，最多就是夸應(yīng)用程序的調(diào)用，的確我并沒有實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的調(diào)用，那我們?cè)撊绾螌?shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)呢？還記得我們前面介紹的WebService技術(shù)嗎？要實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)可以選擇使用WebService來公開我們Math類中的方法，讓客戶端添加Math類的Web引用，從而WebService充當(dāng)了代理角色。

我們前面提到的圖片延遲加載的例子，這其中也是體現(xiàn)了代理模式的思想。例如我們?cè)诓榭匆恍┚W(wǎng)頁之后，我們的瀏覽器會(huì)保留一些網(wǎng)頁的信息，從而加快下次網(wǎng)頁加載的速度。現(xiàn)在讓我們通過一個(gè)簡(jiǎn)單WinForm圖片加載器程序說明：

圖片加載器首先查看我們本地是否已經(jīng)存在要加載的圖片，如果存在就直接加載圖片，如果不存在它會(huì)到網(wǎng)絡(luò)中下載圖片然后進(jìn)行加載。

圖3圖片加載器界面

由于時(shí)間的關(guān)系我們已經(jīng)把界面設(shè)計(jì)好了，現(xiàn)在我們要完成的是點(diǎn)擊Test Image Proxy按鈕的邏輯，首先我們圖片加載器會(huì)查看本地是否已經(jīng)存在圖片，如果不存在就到網(wǎng)絡(luò)上加載我們需要的圖片就OK了。

/// <summary>
/// The image proxy
/// If we have dowload the picture in local,
/// then the program would get it, otherwise
/// the program would get the picture in internet.
/// </summary>
private class ImageProxy
{
    private static Image _image = null;

    private int _width = 123;
    private int _height = 154;
    private bool _retrieving = false;

    public int Width
    {
        get { return _image == null ? _width : _image.Width; }
    }

    public int Height
    {
        get { return _image == null ? _height : _image.Height; }
    }

    /// <summary>
    /// Gets the image.
    /// </summary>
    public Image Image
    {
        get 
        {
            if (_image != null)
            {
                return _image;
            }
            else
            {
                if (!_retrieving)
                {
                    _retrieving = true;
                    //// Initialize a thread.
                    Thread retrieveThread = new Thread(
                        new ThreadStart(RetrieveImage));
                    //// Start thread.
                    retrieveThread.Start();
                }
            }
            //// If the picture in local, we get it directly.
            return PlaceHolderImage(); 
        }
    }

    /// <summary>
    /// Places the holder image.
    /// Get the picture in local.
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public Image PlaceHolderImage()
    {
        return new Bitmap(System.Reflection.Assembly.GetExecutingAssembly().
            GetManifestResourceStream(this.GetType().Namespace.ToString() + ".googlefathersday.jpg"));
    }


    /// <summary>
    /// Retrieves the image.
    /// Get the picture in internet.
    /// </summary>
    public void RetrieveImage()
    {
        string url = @"http://www.google.com.hk/logos/2011/fathersday11-hp.jpg";

        HttpWebRequest request = HttpWebRequest.Create(url) as HttpWebRequest;
        HttpWebResponse response = request.GetResponse() as HttpWebResponse;

        _image = Image.FromStream(response.GetResponseStream());

    }
}

上面我們完成了點(diǎn)擊加載的邏輯，我們提供一個(gè)圖片加載代理ImageProxy類，然后分別提供本地加載和網(wǎng)絡(luò)加載功能PlaceHolderImage()方法和RetrieveImage()方法，PlaceHolderImage()方法把圖片嵌入到程序中，而RetrieveImage()到網(wǎng)絡(luò)中加載圖片。

圖4圖片加載效果

這里我們使用了灰色和彩色圖片分別表示本地和網(wǎng)絡(luò)加載效果，現(xiàn)在我們通過代理模式（Proxy）完成了圖片延遲加載的效果。

我覺得《HeadFirst設(shè)計(jì)模式》中的糖果機(jī)代理模式比較有趣，現(xiàn)在也讓我們通過C#來實(shí)現(xiàn)糖果機(jī)代理模式。

問題描述：現(xiàn)在有些分布在不同地方的糖果機(jī)（類似自動(dòng)售賣機(jī)），我們要通過網(wǎng)絡(luò)方式獲得糖果機(jī)中的糖果數(shù)量和糖果機(jī)的狀態(tài)。

現(xiàn)在我們要添加三個(gè)項(xiàng)目分別是：GumballState.Machine、Host和Client（其中Host是WebService），在GumballState.Machine里面我們定義糖果機(jī)售賣邏輯和狀態(tài)，Host把我們定義售賣機(jī)方法通過網(wǎng)絡(luò)形式發(fā)布，Client通過添加Web引用間接調(diào)用GumballState.Machine中的方法。

圖5糖果機(jī)程序

首先我們GumballState.Machine類添加五個(gè)方法分別是：StartWithQuarters()、InsertQuarter()、TurnCrank()、EjectQuarter()和GetReport()。

StartWithQuarters()方法初始化糖果數(shù)量和修改糖果機(jī)狀態(tài)。

/// <summary>
/// Starts the with quarters.
/// Calc the current qty and set machine state.
/// </summary>
/// <param name="cnt">The CNT.</param>
public void StartWithQuarters(int cnt)
{
    this._cnt = cnt;
    if (this._cnt > 0)
    {
        this._state = GumballMachineState.NoQuarter;
    }
}

InsertQuarter()方法判斷用戶付款操作和修改糖果機(jī)狀態(tài)。

/// <summary>
/// Inserts the quarter.
/// The user inserts money
/// </summary>
public void InsertQuarter()
{
    switch (this._state)
    {
        case (GumballMachineState.HasQuarter):
            this._logMsg.Append("You can't insert another quarter\n");
            return;

        case (GumballMachineState.NoQuarter):
            this._state = GumballMachineState.HasQuarter;
            this._logMsg.Append("You inserted a quarter\n");
            return;

        case (GumballMachineState.SoldOut):
            this._logMsg.Append("You can't insert a quarter, the machine is sold out\n");
            return;

        case (GumballMachineState.Sold):
            this._logMsg.Append("Please wait, we're already giving you a gumball\n");
            return;

    }
}

TurnCrank()方法判斷用戶確定購買操作和修改糖果機(jī)狀態(tài)。

/// <summary>
/// Turns the crank.
/// The user presses "OK" button to get gumball.
/// </summary>
public void TurnCrank()
{
    if (this._state == GumballMachineState.SoldOut)
    {
        this._logMsg.Append("You turned, but there are no gumballs\n");
    }
    else if (this._state == GumballMachineState.HasQuarter)
    {
        this._logMsg.Append("You turned please wait...\n");
        this._state = GumballMachineState.Sold;
        this.Dispense();
    }
    else if (this._state == GumballMachineState.NoQuarter)
    {
        this._logMsg.Append("You turned but there's no quarter\n");
    }
    else
    {
        this._logMsg.Append("Turning twice doesn't get you another gumball!\n");
    }
}

EjectQuarter()方法判斷用戶退款操作和修改糖果機(jī)狀態(tài)。

/// <summary>
/// Ejects the quarter.
/// The user cancels order and get money back.
/// </summary>
public void EjectQuarter()
{
    switch (this._state)
    {
        case (GumballMachineState.HasQuarter):
            this._state = GumballMachineState.NoQuarter;
            this._logMsg.Append("Quarter returned\n");
            return;

        case (GumballMachineState.NoQuarter):
            this._state = GumballMachineState.HasQuarter;
            this._logMsg.Append("You haven't inserted a quarter\n");
            return;

        case (GumballMachineState.SoldOut):
            this._logMsg.Append("Sorry, you already turned the crank\n");
            return;

        case (GumballMachineState.Sold):
            this._logMsg.Append("You can't eject, you haven't inserted a quarter yet\n");
            return;

    }
}

GetReport()方法返回糖果機(jī)銷售量和狀態(tài)給管理者。

/// <summary>
/// Gets the report.
/// </summary>
/// <returns></returns>
public string GetReport()
{
    StringBuilder result = new StringBuilder();
    result.Append("\nMighty Gumball, Inc.");
    result.Append("\n.NET3.5-enabled Standing Gumball Model #2104\n");
    result.Append("Inventory: " + this._cnt + " gumball");
    if (this._cnt != 1) result.Append("s");

    result.Append("\nMachine is ");
    if (_state == GumballMachineState.SoldOut)
    {
        result.Append("sold out");
    }
    else if (_state == GumballMachineState.NoQuarter)
    {
        result.Append("waiting for quarter");
    }
    else if (_state == GumballMachineState.HasQuarter)
    {
        result.Append("waiting for turn of crank");
    }
    else if (_state == GumballMachineState.Sold)
    {
        result.Append("delivering a gumball");
    }
    result.Append("\n");

    string ret = this._logMsg.ToString() + "\n" + result.ToString();
    this._logMsg = new StringBuilder();

    return ret.ToString();
}

接著我們通過WebService把以上方法通過網(wǎng)絡(luò)形式發(fā)布，然后我們?cè)诳蛻舳颂砑觲eb引用來間接調(diào)用GumballState.Machine類中方法。

圖6客戶端添加web引用

現(xiàn)在我們完成了服務(wù)器端的功能了，接下來我們通過控制臺(tái)應(yīng)用程序作為客戶端調(diào)用服務(wù)器端公開的方法。

class Program
{
    static void Main()
    {
        // Create proxy object
        GumballMachineClient proxy = new GumballMachineClient();

        proxy.StartWithQuarters(5);
        proxy.InsertQuarter();
        proxy.TurnCrank();

        Console.WriteLine(proxy.GetReport());

        proxy.InsertQuarter();
        proxy.EjectQuarter();
        proxy.TurnCrank();

        Console.WriteLine(proxy.GetReport());

        proxy.InsertQuarter();
        proxy.TurnCrank();
        proxy.InsertQuarter();
        proxy.TurnCrank();
        proxy.EjectQuarter();

        Console.WriteLine(proxy.GetReport());

        proxy.InsertQuarter();
        proxy.InsertQuarter();
        proxy.TurnCrank();
        proxy.InsertQuarter();
        proxy.TurnCrank();
        proxy.InsertQuarter();
        proxy.TurnCrank();

        Console.WriteLine(proxy.GetReport());

        // Wait for user
        Console.ReadKey();
    }
}

圖7客戶端調(diào)用web方法

現(xiàn)在我們通過控制臺(tái)應(yīng)用程序添加web引用之后，來調(diào)用GumballState.Machine類中方法，我們終于正在實(shí)現(xiàn)了一個(gè)跨網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序調(diào)用，WebService充當(dāng)了proxy的角色，而且?guī)臀覀兘鉀Q了很多網(wǎng)絡(luò)的問題使得我們實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)程序十分方便。

1.1.3 總結(jié)

代理模式（Proxy）根據(jù)種類不同，效果也不盡相同：

遠(yuǎn)程（Remote）代理：為一個(gè)位于不同的地址空間的對(duì)象提供一個(gè)局域代表對(duì)象。這個(gè)不同的地址空間可以是在本機(jī)器中，也可是在另一臺(tái)機(jī)器中。遠(yuǎn)程代理又叫做大使（Ambassador）。好處是系統(tǒng)可以將網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)隱藏起來，使得客戶端不必考慮網(wǎng)絡(luò)的存在。客戶完全可以認(rèn)為被代理的對(duì)象是局域的而不是遠(yuǎn)程的，而代理對(duì)象承擔(dān)了大部份的網(wǎng)絡(luò)通訊工作。由于客戶可能沒有意識(shí)到會(huì)啟動(dòng)一個(gè)耗費(fèi)時(shí)間的遠(yuǎn)程調(diào)用，因此客戶沒有必要的思想準(zhǔn)備。
虛擬（Virtual）代理（圖片延遲加載的例子）：根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)資源消耗較大的對(duì)象，使得此對(duì)象只在需要時(shí)才會(huì)被真正創(chuàng)建。使用虛擬代理模式的好處就是代理對(duì)象可以在必要的時(shí)候才將被代理的對(duì)象加載；代理可以對(duì)加載的過程加以必要的優(yōu)化。當(dāng)一個(gè)模塊的加載十分耗費(fèi)資源的情況下，虛擬代理的好處就非常明顯。
Copy-on-Write代理：虛擬代理的一種。把復(fù)制（克隆）拖延到只有在客戶端需要時(shí)，才真正采取行動(dòng)。
智能引用（Smart Reference）代理：當(dāng)一個(gè)對(duì)象被引用時(shí)，提供一些額外的操作，比如將對(duì)此對(duì)象調(diào)用的次數(shù)記錄下來等。

代理模式（Proxy）VS 裝飾者（Decorator）

意圖：它們都提供間接訪問對(duì)象層，都保存被調(diào)用對(duì)象的引用。

代理模式（Proxy）：為另一個(gè)對(duì)象提供一個(gè)替身或占位符以控制對(duì)這個(gè)對(duì)象的訪問，簡(jiǎn)而言之就是用一個(gè)對(duì)象來代表另一個(gè)對(duì)象。

裝飾者（Decorator）：動(dòng)態(tài)地給一個(gè)對(duì)象添加一些額外的職責(zé)，就增加功能來說，Decorator模式比生成子類更為靈活，它避免了類爆炸問題，像裝飾者（Decorator），代理模式（Proxy）組成一個(gè)對(duì)象并提供相同的接口，但代理模式并不關(guān)心對(duì)象動(dòng)態(tài)職能的增減。

在代理模式（Proxy）中Subject定義了主要的功能，而且Proxy根據(jù)Subject提供功能控制對(duì)象的訪問權(quán)限。在裝飾者（Decorator）中Component只是提供了其中的一些功能，需要通過裝飾鏈動(dòng)態(tài)給對(duì)象增加職能。

代理模式（Proxy）例子源程序

posted @ 2011-06-19 20:43 JK_Rush 閱讀(29174) 評(píng)論(11) 收藏舉報(bào)

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